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氧族元素及其化合物的特殊性河北省宣化县第一中学栾春武
一、氧元素及其化合物的特殊性
1.在氧族元素中,只有氧元素的单质(O2和O3)在常温常压下是气体
2.非金属元素的单质分子一般为非极性分子,但O3却是极性分子
3.氧元素只有在与氟元素形成的化合物中显正化合价,如在二氟化氧(OF2)中氧元素显其最高正化合价为+2价,其最高正化合价与其族序数不相等
4.氧元素只有在过氧化物(如H2O
2、Na2O
2、K2O2等)中显-1价
5.在氧族元素中,氧元素与氢元素能形成氧化物(H2O)和过氧化物(H2O2)
6.在氧族元素中,氧元素与金属元素能形成氧化物(K2O)、过氧化物(K2O2)超氧化物(KO2)
7.在氧族元素中,氧元素的非金属性最强,其单质(O2和O3)的氧化性最强
8.在所有气体中,只有O2能够供人和动植物呼吸
9.在O3层中,O3的含量虽然很小,却可以吸收来自太阳的大部分紫外线因此,臭氧层被称为人类和生物的保护伞10在氧族元素的单质中,O3的化学性质最活泼(比O2还活泼)并且臭氧具有不稳定、强氧化和漂白能力这三大特性
(1)不稳定性臭氧不稳定,在常温下能缓慢分解生成氧气,在高温时可以迅速分解2O3 ===3O2
(2)强氧化性O3具有极强的氧化性,凡能与空气或氧气反应的物质都能与O3反应;Ag、Hg等在空气或氧气中不易被氧化的金属也能与O3反应2Ag+2O3=== Ag2O2+2O
2、 Hg+O3===HgO+O2
(3)漂白性臭氧具有漂白性,实质是染料受到O3的强烈氧化作用而褪色
11.在氧族元素与氢元素形成的化合物中,只有H2O2是强氧化剂H2O2在酸性或碱性溶液中都具有强氧化性,其还原产物为H2O(氧元素由-1价还原为-2价)如H2O2+2I-+2H+===I2+2H2O、PbS+4H2O2===PbSO4+4H2O并且使用H2O2作氧化剂不会引入新杂质,因此,H2O2被称为“绿色”氧化剂
12.在氧族元素中的氢化物(H2R)中,H2O的沸点最高,最稳定,且呈中性
二、硫元素及其化合物的特殊性
1.在氧族元素中,硫元素与氢元素能形成硫化物(H2S)和过硫化物(H2S2)
2.在氧族元素中,硫元素与金属能形成硫化物(Na2S)、过硫化物(Na2S2)和多硫化物(Na2Sx,x为大于2的正整数)
3.硫元素只有在过硫化物(H2S
2、Na2S
2、FeS2)中显-1价
4.金属与非金属之间越活泼,一般越容易发生反应常温下O2与Ag、Hg等金属不反应,但非金属活泼性比O2弱的S在常温下却能与Ag、Hg等金属反应2Ag+S===Ag2S、 Hg+S===HgS.
5.单质硫与变价金属一般生成低价金属硫化物,如硫与变价金属Fe、Cu反应分别生成FeS、Cu2S;但S与变价金属Hg反应却生成HgS
6.非金属氧化物之间一般不发生反应,但SO2却能与NO2反应SO2+NO2===SO3+NO
7.SO2和Cl2都具有漂白性,但等物质的量的SO2和Cl2混合却使二者失去漂白性,这是因为二者发生反应生成无漂白性的物质SO2+Cl2+2H2O===H2SO4+2HCl
8.SO2和Cl2都具有漂白性,Cl2能使石蕊试液褪色,但SO2却不能
9.浓H2SO4具有强氧化性,SO
2、CO和H2都具有还原性,但浓H2SO4不能将SO
2、CO和H2氧化,这是因为+6价的硫与+4价硫之间没有中间价态,CO和H2只有在高温时才表现出还原性因此可用浓H2SO4干燥SO
2、CO和H
210.浓H2SO4是一种酸性干燥剂,一般可用于干燥中性和酸性气体,但不能干燥H2S、HBr、HI等具有还原性的酸性气体这是因为浓H2SO4能将其氧化H2SO4(浓)+H2S=== S↓+SO2+2H2O、H2SO4(浓)+2HBr=== Br2 + SO2↑ +2H2O、H2SO4(浓)+2HI=== I2 + SO2↑ +2H2O
11.酸与酸之间一般不反应,但浓H2SO4和亚硫酸能分别和氢硫酸反应H2SO4(浓)+H2S===S↓+SO2↑+2H2O、H2SO3+2H2S===3S↓+3H2O
12.酸性氧化物与酸一般不反应,但SO2与氢硫酸能够反应SO2+2H2S===3S↓+2H2O
13.强酸与弱酸盐反应可以制弱酸,弱酸一般不能与强酸盐反应制强酸但有氢硫酸与CuSO4溶液反应可制的强酸CuSO4+H2S=== H2SO4+CuS↓
14.在实验室用浓H2SO4与NaCl反应制取HCl,可以在强热的条件下进行反应生成Na2SO4;但用浓H2SO4与NaNO3反应制取HNO3时,却不能强热,只能微热生成NaHSO4H2SO4(浓)+2NaCl Na2SO4+2HCl↑ H2SO4(浓)+NaNO3 NaHSO4+HNO3↑
15.钡盐一般有毒,但BaSO4却无毒,可做“钡餐”
16.同素异形体之间的转化一般属于化学变化,如O2和O
3、白磷与红磷、金刚石与石墨之间的转化等均属于化学变化;但斜方硫与单斜硫之间的转化(S8的组成及硫原子之间的化学键均未变化,只是S8分子大晶体里的排列方式不同)却属于物理变化、
17.活泼金属与稀H2SO4反应,一般速率很快;但活泼金属Ca、Ba与稀H2SO4反应时,由于生成CaSO
4、BaSO4沉淀物附于金属表面,致使反应速率很慢
18.在金属活动顺序表中,位于氢后面的金属与非氧化性酸一般不反应,但Cu与氢硫酸可以反应Cu+H2S=== H2↑+CuS↓
19.非金属元素的单质与其最高价含氧酸一般不反应,但硫元素的单质与其最高价含氧酸浓硫酸可以反应2H2SO4(浓)+S=== 3SO2↑+2H2O
20.在非金属元素的含氧酸中,只有浓硫酸具有吸水性、脱水性和强氧化性这三大特性
①.吸水性是指浓硫酸中的硫酸分子吸收游离态的水,跟水分子结合,生成一系列硫酸水合物因为浓硫酸中存在大量未电离的硫酸分子,能强烈地和水分子结合,生成稳定的水合分子H2SO4·xH2O(x=
1、
2、
3、4),故浓硫酸是一种良好的液态干燥剂,常用来干燥中性和酸性气体,如H
2、O
2、CO
2、SO
2、Cl
2、HCl等,若将其敞口久置就会因吸水而稀释
②.脱水性是指浓硫酸能将有机化合物(特别是糖类)中的氢、氧原子按2:1的数目脱去(相当于水的组成),使某些有机物发生炭化而变黑如C12H22O11 12C+11H2O、C2H5OH C2H4↑+H2O
③.强氧化性是指浓硫酸分子中+6价的硫容易得到电子的性质,即浓硫酸有很强的氧化性,这是由于硫酸分子中处于最高价态的+6价的硫元素引起的在加热的条件下,它能氧化许多金属、少数非金属及某些具有强还原性的化合物,浓硫酸的还原产物一般为SO2Cu+2H2SO4浓 CuSO4+SO2↑+2H2OC+2H2SO4(浓)2H2O+2SO2↑+CO2↑2HI+H2SO4浓=== I2+SO2↑+2H2O
21.在常温下,浓硫酸能使Fe、Al、Cr等金属产生钝化现象
22.给稀硫酸加热蒸发水分,不能制的纯硫酸,只能得到
98.3%的浓硫酸
23.NaHSO
4、KHSO4等硫酸氢盐,虽然属于盐,但具有酸的一些通性,如2NaHSO4+Fe=== Na2SO4+FeSO4 +H2↑、2NaHSO4+Na2CO3===2Na2SO4+CO2↑+H2O
三、硒、碲、钋元素及其化合物的特殊性
1.在氧族元素的单质中,只有硒是半导体
2.在氧族元素中,硒元素是人体必需的一种微量元素并且,硒元素被人们称为“抗癌大王”
3.元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性一般也强;而硒的非金属性比硫弱,但硒酸(H2SeO4)的酸性比硫酸(H2SO4)强
4.在氧族元素的单质中,非金属单质碲能够导电
5.在氧族元素的单质中,碲通常不能与氢气直接化合,只能通过其他反应间接制取碲化氢
6.在氧族元素的氢化物中,碲化氢最不稳定,碲化氢的还原性最强
7.在氧族元素中,只有钋为金属元素并且,钋的原子序数最大、原子半径最大
8.在氧族元素的单质中,钋的熔沸点最高,密度最大
四、例题分析【例题1】(09福建高考)能实现下列物质间直接转化的元素是 A.硅 B.硫 C.铜 D.铁解析A项,SiO2不与水反应,错;B项,S与O2生成SO2,再与H2O生成H2SO3,可以与NaOH生成Na2SO3,B项正确C项中CuO,D项中Fe3O4均不与H2O反应,故错答案B【例题2】(09年广东高考)常温下,往H2O2溶液中滴加少量FeSO4溶液,可发生如下两个反应2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O,2Fe3++H2O2===2Fe2++O2↑+2H+下列说法正确的是A.H2O2的氧化氢比Fe3+强,其还原性比Fe2+弱B.在H2O2分解过程中,溶液的pH逐渐下降C.在H2O2分解过程中,Fe2+和Fe3+的总量保持不变D.H2O2生产过程要严格避免混入Fe2+解析结合题给两个方程式,由氧化还原反应的强弱比较规律可知,氧化性是氧化剂大于氧化产物,还原性是还原剂大于还原产物,因此氧化剂H2O2的氧化性比氧化产物Fe3+强,还原剂H2O2的还原性比还原产物为Fe2+强,所以A错误;两个方程式相叠加,即H2O2分解生成H2O和O2,由于H2O2呈弱酸性,所以随着反应进行,pH升高,故B错误;H2O2分解Fe3+或Fe2+作催化剂,所以总量不变,因此C正确;因为Fe2+可导致H2O2分解,所以H2O2生产过程要避免混入Fe2+,故D也正确答案C、D【例题3】(08年海南高考)下图表示某固态单质A及其化合物之间的转化关系某些产物和反应条件已略去化合物B在常温常压下为气体,B和C的相对分子质量之比为4:5,化合物D是重要的工业原料
(1)写出A在加热条件下与H2反应的化学方程式______;
(2)写出E与A的氢化物反应生成A的化学方程式____;
(3)写出一个由D生成B的化学方程式______________;
(4)将5mL
0.10mol·L-1的E溶液与10mL
0.10mol·L-1的NaOH溶液混合
①写出反应的离子方程式__________________________________________;
②反应后溶液的pH______7(填“大于”、“小于”或“等于”),理由是________;
③加热反应后的溶液,其pH________填“增大”、“不变”或“减小”,理由是_____解析由题意知B和C分别是SO2和SO3D是H2SO4,A为固体SE为H2SO3
(1)H2+SH2S(写成可逆反应也正确)
(2)H2SO3+2H2S=3S↓+3H2O
(3)C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O或Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O等
(4)
①H2SO3+2OH-=SO32-+2H2O
②大于;Na2SO3溶液中SO32-发生水解使溶液显碱性
③增大;升高温度促进Na2SO3溶液的水解
五、练习【练习1】(08年江苏高考)将一定量的SO2和含
0.7mol氧气的空气(忽略CO2)放入一定体积的密闭容器中,550℃时,在催化剂作用下发生反应2SO2+O2 2SO3(正反应放热)反应达到平衡后,将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液,气体体积减少了
21.28L;再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2,气体的体积又减少了
5.6L(以上气体体积均为标准状况下的体积)(计算结果保留一位小数)请回答下列问题
(1)判断该反应达到平衡状态的标志是 (填字母)a.SO2和SO3浓度相等 b.SO2百分含量保持不变c.容器中气体的压强不变 d.SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等e.容器中混合气体的密度保持不变
(2)欲提高SO2的转化率,下列措施可行的是 (填字母) a.向装置中再充入N2 b.向装置中再充入O2c.改变反应的催化剂 d.升高温度
(3)求该反应达到平衡时SO2的转化率(用百分数表示)
(4)若将平衡混合气体的5%通入过量的BaCl2溶液,生成沉淀多少克?解析
(1)b、c
(2)b
(3)消耗的O2物质的量
0.7mol-
5.6L/
22.4L·mol-1=
0.45mol 生成的SO3物质的量
0.45mol×2=
0.9molSO2和SO3的物质的量和
21.28L/
22.4L·mol-1=
0.95mol 反应前的SO2物质的量
0.95mol SO2的转化率
0.9mol/
0.95mol×100%=
94.7%
(4)在给定的条件下,溶液呈强酸性,BaSO3不会沉淀因此BaSO4的质量
0.9mol×233g/mol×
0.05=
10.485g答案略【练习2】(09年四川高考)过氧化氢是重要的氧化剂、还原剂,它的水溶液又称为双氧水,常用作消毒、杀菌、漂白等某化学兴趣小组取一定量的过氧化氢溶液,准确测定了过氧化氢的含量,并探究了过氧化氢的性质Ⅰ.测定过氧化氢的含量请填写下列空白
(1)移取
10.00mL密度为ρg/mL的过氧化氢溶液至250mL___________填仪器名称中,加水稀释至刻度,摇匀移取稀释后的过氧化氢溶液
25.00mL至锥形瓶中,加入稀硫酸酸化,用蒸馏水稀释,作被测试样
(2)用高锰酸钾标准溶液滴定被测试样,其反应的离子方程式如下,请将相关物质的化学计量数及化学式填写在方框里□MnO4- +□H2O2+□H+===□Mn2++□H2O+□_______
(3)滴定时,将高锰酸钾标准溶液注入____________(填“酸式”或“碱式”)滴定管中滴定到达终点的现象是__________________________________*
(4)重复滴定三次,平均耗用cmol/LKMnO4标准溶液VmL,则原过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数为______________________________________
(5)若滴定前滴定管尖嘴中有气泡,滴定后气泡消失,则测定结果______(填“偏高”或“偏低”或“不变”)Ⅱ.探究过氧化氢的性质 该化学小组根据所提供的实验条件设计了两个实验,分别证明了过氧化氢的氧化性和不稳定性(实验条件试剂只有过氧化氢溶液、氯水、碘化钾淀粉溶液、饱和硫化氢溶液,实验仪器及用品可自选)请将他们的实验方法和实验现象填入下表 实验内容实验方法实验现象验证氧化性 验证不稳定性 【解析】Ⅰ.
(1)根据题意应该选用的仪器是容量瓶2残缺方程式配平首先确定缺什么,分析可知缺的是O2,根据电子转移守恒,配平化学方程式3由于高锰酸钾标准溶液具有强氧化性,所以只能使用酸式滴定管滴定到达终点的现象是滴入一滴高锰酸钾溶液,溶液呈浅红色,且30秒内不褪色
(4)根据配平的化学方程式计算出过氧化氢的量,最后计算出原过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数为17cV/200ρ
(5)若滴定前滴定管尖嘴中有气泡,滴定后气泡消失,有一部分溶液占据了气泡的体积,并没有滴入锥形瓶,则测定结果偏高Ⅱ.
(1)验证氧化性,选用具有还原性的饱和硫化氢溶液,产生淡黄色沉淀硫或溶液变浑浊;或者选用有还原性的碘化钾淀粉溶液,有碘单质生成,溶液变蓝色
(2)验证不稳定性,取适量过氧化氢溶液于试管中,加热,用带火星的木条检验有氧气生成;或者取适量过氧化氢溶液于试管中,加热,用导气管将得到的气体通入到装有饱和硫化氢溶液的试管中,溶液变浑浊或有浅黄色沉淀产生答案Ⅰ.
(1)容量瓶
(2)2 5 6 2 8 5O2
(3)酸式 滴入一滴高锰酸钾溶液,溶液呈浅红色,且30秒内不褪色
(4)17cV/200ρ
(5)偏高答案Ⅱ. 实验内容实验方法实验现象验证氧化性取适量饱和硫化氢溶液于试管中,滴入过氧化氢溶液(取适量碘化钾淀粉溶液于试管中,加入过氧化氢溶液)产生淡黄色沉淀或溶液变浑浊 (溶液变蓝色)验证不稳定性取适量过氧化氢溶液于试管中,加热,用带火星的木条检验(取适量过氧化氢溶液于试管中,加热,用导气管将得到的气体通入到装有饱和硫化氢溶液的试管中)产生气泡,木条复燃 (溶液变浑浊或有浅黄色沉淀产生) 。